Астрономы совершили прорывное открытие с помощью космического телескопа «James Webb»: впервые подтверждено обнаружение газа сероводорода в атмосферах трёх массивных экзопланет, вращающихся вокруг звезды HR 8799. Эта находка предоставляет важные доказательства того, как формировались эти газовые гиганты, предполагая, что они накапливали твёрдые материалы на ранних стадиях своего развития – процесс, который может пролить свет на формирование планет во всей Вселенной.
Система HR 8799: Уникальная Лаборатория
HR 8799 – относительно молодая звезда, возраст которой всего 30 миллионов лет, расположенная примерно в 129 световых годах от нас в созвездии Пегаса. В отличие от большинства экзопланет, которые обнаруживаются косвенно, четыре планеты, вращающиеся вокруг HR 8799 (b, c, d и e), непосредственно видны в мощные телескопы. Эти супер-Юпитеры имеют массу от пяти до десяти раз больше массы Юпитера и вращаются на огромных расстояниях от своей звезды – примерно в 15 раз дальше, чем Земля от Солнца.
Эта система примечательна тем, что является единственной известной на данный момент, в которой обитает четыре массивных газовых гиганта. Это открытие ставит фундаментальные вопросы о том, как формируются такие системы, учитывая, что большинство других наблюдаемых экзопланетных систем имеют меньше или меньших по размеру спутников.
Сера как Ключевой Показатель Формирования из Твёрдых Веществ
Исследовательская группа под руководством доктора Жан-Батиста Руффио из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовала исключительную чувствительность телескопа «Webb» для анализа атмосферного состава планет c, d и e. Ключевая находка? Присутствие газа сероводорода (H₂S).
Почему сера важна? В отличие от углерода или кислорода, которые могут происходить как из газа, так и из твёрдых материалов в протопланетном диске, сера на таких расстояниях от звезды должна была поступить из твёрдых веществ. Газообразная сера не выживет при таких температурах. Это означает, что планеты аккумулировали серу в виде твёрдых частиц во время своего формирования.
«Невозможно, чтобы эти планеты могли аккрецировать серу в виде газа», – объяснил доктор Джерри Сюань, постдокторант из UCLA и Caltech.
Команда разработала новые методы анализа данных, чтобы извлечь слабые сигналы из наблюдений «Webb», учитывая, что планеты примерно в 10 000 раз тусклее своей звезды.
Универсальные Тенденции в Планетном Составе
Соотношение серы к водороду, а также углероду и кислороду, значительно выше в этих экзопланетах, чем в самой HR 8799. Это указывает на явное различие в составе между планетами и их родительской звездой.
Интересно, что тот же паттерн обогащения тяжёлыми элементами наблюдается и в Юпитере и Сатурне в нашей собственной Солнечной системе. Это говорит о том, что планеты в разных системах могут формироваться с аналогичной тенденцией к накоплению тяжёлых элементов примерно в одинаковых пропорциях.
«Нелегко объяснить равномерное обогащение углеродом, кислородом, серой и азотом для Юпитера, но тот факт, что мы видим это в другой системе, предполагает, что существует что-то универсальное в формировании планет», – сказал доктор Сюань.
Будущие Последствия для Поиска Землеподобных Планет
Методы, использованные в этом исследовании – визуальное и спектральное разделение планет от их звёзд – будут иметь решающее значение для будущих исследований экзопланет. Хотя в настоящее время они ограничены газовыми гигантами, по мере улучшения телескопов учёные ожидают применения этих методов для детального изучения землеподобных планет.
Поиск аналогов Земли остаётся долгосрочной целью, при этом учёные оценивают, что могут пройти десятилетия, прежде чем они получат спектр землеподобной планеты и начнут искать потенциальные биосигнатуры в её атмосфере. Тем не менее, эти открытия являются значительным шагом к достижению этой конечной цели.
В заключение, обнаружение сероводорода в атмосферах газовых гигантов HR 8799 подтверждает, что эти планеты сформировались путём аккреции твёрдых материалов, добавляя к растущим доказательствам универсальных закономерностей в формировании планет. Этот прорыв предоставляет ценные сведения для будущих поисков экзопланет, приближая нас к пониманию разнообразия планетных систем за пределами нашей собственной.
